pvc電纜料

PVC電纜料價格低廉，性能優(yōu)良，在電線電纜絕緣保護材料中長期占有重要地位，但是這種材料含對環(huán)境和人體有害物質(zhì)，且在應用于特殊環(huán)境時存在諸多問題。隨著人們環(huán)保意識的增強和對材料性能要求的提高，對PVC材料提出了更高的要求。

因使用的穩(wěn)定劑、增塑劑及各種填充物等添加物質(zhì)在環(huán)保方面的不同而不同。一般是以ROHS或REACH的檢測方法和標準來衡量，分為環(huán)保和非環(huán)保PVC電纜料。由于電線電纜的結構大同小異，又極為簡單，導電線芯外的絕緣與護套多由塑料或橡膠包覆。用戶按用途和布設環(huán)境選擇型號與規(guī)格，生產(chǎn)廠則按相關標準選擇材料與制造工藝。

目前，塑料占包覆材料的91%，而其中的聚氯乙烯又占塑料中的80%。另有資料表明，在美國，塑料占電線電纜行業(yè)包覆材料的85%，其中，聚氯乙烯又占塑料中的60%。聚氯乙烯是含氯聚合物，有較好的阻燃性能和線纜生產(chǎn)與使用所要求的各種性能，價格低廉，是世界上最廣泛使用的塑料之一。

隨著人們環(huán)保意識的增強和可持續(xù)發(fā)展觀念的深入人心，有關塑料對環(huán)境的污染和是否應禁用聚氯乙烯的爭論非常多，但是聚氯乙烯的產(chǎn)量和使用量卻在不斷增長，這在中國尤為明顯。

隨著科學的發(fā)展和研究的深入，使眾多環(huán)保型的聚氯乙烯制品被研發(fā)出來，電線電纜也深受其益，與環(huán)保聚氯乙烯電線電纜配套的環(huán)保型聚氯乙烯電纜料在近幾年的飛速發(fā)展就是一個證明。

用戶對PVC電線電纜的環(huán)保要求和環(huán)保PVC電纜料的發(fā)展當電纜料制備成功后，以ROHS或REACH的檢測方法和標準在ICP測試設備上測試，所有物質(zhì)成分中重金屬含量，DEHP、壬基酚、多溴聯(lián)苯類等禁用物質(zhì)和受控物質(zhì)等，因每個國家對含量標準的要求不一樣，相應的環(huán)保標準也不同。

測試單位一般以10^-6來計量。環(huán)保電纜料的穩(wěn)定劑一般是使用鈣鋅穩(wěn)定劑。滿足REACH標準的PVC電纜料最重要的是不能使用DEHP等16種物質(zhì)來做增塑劑。

非環(huán)保電纜料一般使用鉛鹽來做穩(wěn)定劑，因其含有重金屬鉛、鉻、鎘、汞、鋇等重金屬，會對環(huán)境和人類健康造成極大損害，而受到越來越多的國家限制或禁止使用。

在電壓較低（1 k V以下）的線路和電器設備中使用的電線電纜，其絕緣與護套均可用PVC包覆，而中、高壓（大于6 k V）電線電纜的護套大多采用PVC包覆。

進入21世紀，隨著人類環(huán)保意識的增強和人們對自身健康的關注，環(huán)境問題成為人類社會關注的焦點，許多國家、地區(qū)及組織紛紛制定了嚴格的標準與法規(guī)，限制有害物質(zhì)的使用，特別是RoHS和REACH法規(guī)。

歐盟規(guī)定2006年7月1日以后進入歐盟國家的產(chǎn)品必須符合環(huán)保RoHS規(guī)定。傳統(tǒng)PVC電纜料因含一定量的重金屬元素等有害物質(zhì)，所以不符合RoHS規(guī)定，成為制約PVC電線電纜在電氣設備、基礎設施、基本建設等場合應用的重要因素。

2008年10月28日，歐盟公布SVHC(高關注物質(zhì))第1批候選物質(zhì)清單，REACH法規(guī)正式執(zhí)行，所有進入歐盟的配制品和物品都將受此法規(guī)控制，雖然該法規(guī)沒有禁止含有這些高關注物質(zhì)的化學品進入歐盟市場，但都需要通過注冊、評估、授權和限制等一組綜合程序。這就導致一些歐盟客戶為了簡化程序而要求各自的供應商提供的產(chǎn)品中都不準含有以上物質(zhì)。因此，對PVC電纜料的生產(chǎn)產(chǎn)生了重大的影響。為適應環(huán)保法規(guī)要求，環(huán)保PVC電纜料應運而生，并迅速成為當前PVC電纜料開發(fā)的主題之一。環(huán)保PVC電纜料的要求：鉛和重金屬含量低，低煙，低氯化氫，低毒或無毒。

PVC電纜料低鉛和低重金屬

鉛和某些重金屬會對人體健康造成不利影響，在PVC配方中，通常需要用到鉛、鎘、鋇、銻等重金屬化合物添加劑，作為穩(wěn)定劑、阻燃劑和顏料。為了遏制PVC樹脂在加工和使用時分解的氯元素，在配方中必須加入熱穩(wěn)定劑，而在傳統(tǒng)的配方中，鉛鹽系列穩(wěn)定劑具有最佳的性價比，因此被廣泛采用。

無鉛化或無重金屬化就意味著必須用非鉛或非重金屬化合物取代，同時做到不會使電纜料的各種性能下降。在顏料的選用中，傳統(tǒng)的配方往往要選用許多含有重金屬化合物的顏料：如鎘用于黃色和紅色；鉛用于白色、紅色和黃色；六價鉻用于紅色、黃色和綠色等。

無鉛或無重金屬就要求配方設計時必須更審慎地選擇有機和無機顏料，以保證產(chǎn)品中的重金屬含量不超出規(guī)范的限定值。值得重視的是，2003年歐盟通過了第六次環(huán)境行動計劃，提出了到2010年十年間的環(huán)境政策戰(zhàn)略目標，即“歐盟二指令”、“一方案”和“ELV”指令。

（1）WEEE指令：“報廢電子電器處理指令”（實現(xiàn)分類收集，推進再生利用和減少焚燒處理）。

（2）ROHS指 令： “特定有毒物質(zhì)的禁用指令”（限定鉛，鎘，六價鉻，汞等6種有害物質(zhì)的含量）。

（3）EUP指 令方案： “設定‘能源－使用品’的生態(tài)設計要求事項框架”。

（4）ELV指 令：“生命末期計劃”，從2003年開始，汽車業(yè)電線電纜禁止含鉛。

從上世紀九十年代以來，歐、美、日等發(fā)達國家相繼制定法規(guī)，在所用的PVC電線電纜中，對8種重金屬含量進行規(guī)定。這些新規(guī)定要求電線電纜制造商重新調(diào)整已有配方的穩(wěn)定體系、潤滑體系、添加劑體系。

（1）使用鈣-鋅復合穩(wěn)定潤滑劑，以硬脂酸鈣、硬脂酸鋅為主要成份的鈣鋅復合穩(wěn)定劑被公認為是無毒化合物，其熱穩(wěn)定效果比鉛鹽差。為此，對此類穩(wěn)定劑進行了大量的試驗與改進，特別是近十多年來，為適應市場的環(huán)保要求，已有一些公司開發(fā)出能夠符合PVC電纜料標準要求的鈣-鋅復合穩(wěn)定潤滑劑。

（2）使用稀土復合穩(wěn)定劑近幾年，中國已開發(fā)出多種牌號的稀土金屬（如鑭系）鹽穩(wěn)定劑。試驗表明，其熱穩(wěn)定性接近于鉛鹽，且無毒，某些牌號還具有透明性，因而可以用于有環(huán)保要求的PVC料。

（3）使用有機錫穩(wěn)定劑有機錫穩(wěn)定劑品種繁多，對PVC有較好的熱穩(wěn)定效果，無毒且具有良好的透性。價格昂貴（是鉛鹽的8～12倍），無潤滑性、某些牌號的產(chǎn)品會污染銅是其缺點，多用于透明環(huán)保料中。

PVC電纜料低煙與低氯化氫

良好的阻燃性能是PVC電線電纜十分明顯的優(yōu)點，但普通阻燃PVC線纜在起火燃燒時，會放出濃重的黑煙和HCl氣體，從而造成起火后的“二次災害”，嚴重影響人員撤離和消防救護工作的開展。所以，在對電線電纜提出阻燃要求時，在某些場合還會進一步提出“低煙”和“低HCl（低酸）”的要求。

低煙型電線電纜標準在IEC（國際電工委員會）和中國GB/T標準中是用“最小透光率”大于60%來考核的。而在UL（美國保險商實驗室）標準中則是用“煙霧釋放總量”和“最大煙霧釋放率”2個指標來限定的。 UL標準規(guī)定，凡能通過UL1685試驗的電線電纜方可稱為“低煙”型的，并有資格在電線電纜的表面印上“LS（低煙）”標志。而在IEC和GB/T標準中，則無此稱呼和標志規(guī)定。

制造低煙型PVC電線電纜應采用低煙PVC電纜料，對于低煙型PVC電纜料的“低煙性能”如何界定，目前，各國尚無統(tǒng)一標準可循。上海電纜研究所已將Dm≤300作為低煙PVC料的標準。這種低煙型PVC料的配方研究十分困難，除需引入高效的消煙劑外，還需對配方中的所有在燃燒時會發(fā)煙的助劑進行篩選，以使燃燒時的發(fā)煙量降低。

PVC線纜燃燒時生成的HCL氣體會對電路和設備產(chǎn)生嚴重的腐蝕，制造低酸型PVC線纜必須采用低酸型PVC料，應符合規(guī)定的酸氣試驗。在中國，設計低酸型PVC料配方往往與低煙型結合起來考慮，差別在于需引入高效的吸酸劑，有關低酸型PVC料的鹵酸氣釋放量應如何界定，目前在各國尚無統(tǒng)一標準可循。

PVC電纜料低毒與無毒

對于某些可能與食品、血液制品接觸的家用電器、醫(yī)療衛(wèi)生電器以及兒童電動玩具上使用的線纜，除要求無鉛無重金屬外，還要求無毒（或低毒）。這就是說，在PVC配方中所使用的所有成份材料均應是無毒的。

電纜料中含有大量的增塑劑，制造無毒料必須選用無毒的增塑劑。因此，某些含磷、含硫的增塑劑應被排除在外，其他成份如穩(wěn)定劑、潤滑劑、抗氧劑、填充劑等都必須使用無毒料。所以，這種PVC料的要求比無鉛無重金屬料的要求更高，售價也自然更貴。

合理有效的交聯(lián)可提高材料的使用等級,對PVC也不例外。交聯(lián)的方法有化學法、硅烷交聯(lián)法和輻照交聯(lián)法，而對PVC電纜料而言，最有效且研究應用最多的方法是輻照交聯(lián)法。

PVC電纜料促交聯(lián)劑

輻照交聯(lián)PVC的關鍵問題是如何在低輻照劑量下提高凝膠含量，通常的做法是添加多烯單體(如TMPTA、TAIC、TMPTMA等)，在此基礎上再添加其他促進交聯(lián)的材料。

PVC電纜料減輕輻照變色

與多數(shù)聚合物一樣，PVC材料輻照后也有變色的問題，尤其對于淺色料，輻照后會變色，影響外觀，往往不被客戶所接受，產(chǎn)生糾紛，增加不必要的生產(chǎn)成本。所以，如何避免PVC輻照后變色也逐漸被人關注。PVC的輻照變色是因為輻照使PVC分子內(nèi)脫氯化氫，導致在PVC分子鏈中形成顯色共軛結構或含氧結構；所以，減少PVC輻照后的變色的方法是加入適當?shù)姆€(wěn)定劑，吸收反應生成的氯化氫，或與輻射分解的活性中間體形成穩(wěn)定結構，抑制PVC脫氯化氫自催化反應，減小PVC分子中形成共軛結構或含氧結構的可能性。

PVC電纜料其他方面

近年中國的汽車工業(yè)得到了長足的發(fā)展，對汽車線束的需求大幅提高，目前105℃及以下溫度等級的汽車線束的絕緣保護材料大部分用的是PVC材料。國內(nèi)汽車線束用PVC材料常有擠出表面不光、低溫性能不佳等缺點。鑒于此，加之汽車線束使用的特殊環(huán)境(如空間狹小、環(huán)境散熱不佳、相互摩擦頻繁等)和特殊要求(薄壁、高速擠出等)以及成本控制要求，研究用于汽車線束的PVC材料,進一步提高其性能是必要的。

聚氯乙烯（PVC）樹脂作為一種歷史悠久的熱塑性塑料，其柔軟性可以通過加入不同量的增塑劑來調(diào)節(jié)。我們還可以將PVC與其他的聚合物共混改性來制備各種性能的塑料制品。PVC價格優(yōu)廉，性能優(yōu)良，因此它在電線電纜行業(yè)有著廣泛的應用。例如現(xiàn)在生活用的450V/750V及以下絕緣的電線電纜和軟線都很多使用PVC作為基體樹脂。隨著阻燃PVC電纜料在電子電器、計算機、汽車和航天等領域的廣泛應用，對電纜的阻燃性也有著越來越高的要求。

PVC電纜由于其中摻入了大量的增塑劑和其他助劑，其耐燃性不足，在燃燒時會產(chǎn)生對人體有害的HCl氣體，HCl 還會對金屬有很強的腐蝕作用。除了產(chǎn)生有毒氣體，還會因為一些氣體燃燒不完全而產(chǎn)生大量的煙霧，嚴重影響著人民的生命和財產(chǎn)安全。因此，研究開發(fā)低煙、低毒的PVC電纜成為電纜阻燃工業(yè)迫切的需求，具有重要的社會價值。

在PVC電纜中，我們通常采用加入阻燃劑和阻燃增塑劑的方法來實現(xiàn)其阻燃和抑煙的效果。具體使用的方法有以下幾種：（1） 用阻燃的增塑劑替代掉常規(guī)的增塑劑。例如常使用三芳基磷酸酯和烷基二芳基磷酸酯作為增塑劑，它們在燃燒時熱分解生成不易揮發(fā)的多磷酸，可以在固體表面形成一層保護膜，隔斷與氧氣的接觸。還可以加入氯化石蠟作為協(xié)效增塑劑，阻燃效果更佳。（2） 加入銻化合物、金屬氫氧化物等無機阻燃劑。通常加入的氫氧化鋁還具有明顯的抑煙作用。（3） 在增塑劑含量較高的時候采用同時加入阻燃增塑劑、無機阻燃劑和阻燃填料的方法。（4） 通常還加入抑煙劑。主要用于PVC電纜料抑煙的有三氧化鉬和八鉬酸銨等。在PVC電纜料的配方中我們經(jīng)常需要根據(jù)電纜料不同的用途及阻燃需求來選擇合適的阻燃增塑劑與常規(guī)增塑劑的配比，這樣可以達到高的性價比。

PVC電纜料除了電性能和物理機械性能要符合一般PVC電纜料的性能指標外，很關鍵的一點就是它必須要有好的阻燃性能。阻燃性能通常是用氧指數(shù)來衡量的，氧指數(shù)是指讓試樣燃燒所需要的最低的氧濃度。氧指數(shù)越大時，阻燃性就越高。通常氧指數(shù)在30以上的材料就具有一定的阻燃性了。下面主要介紹一下PVC電纜料阻燃性能的影響因素，以及在提高其阻燃性能方面的國內(nèi)外研究進展。

PVC電纜料增塑劑用量對阻燃性能的影響

PVC電纜料中加入的增塑劑不同，電纜料的阻燃性和發(fā)煙性將會有所不同。對于PVC電纜料中最常用四種增塑劑：鄰苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯、磷酸三甲苯酯和聚酯系增塑劑，它們的阻燃性有很大的區(qū)別，科學家們做了相關的研究工作。在軟質(zhì)PVC100份中加入了30～60份的增塑劑，研究發(fā)現(xiàn)當增塑劑含量增加時，PVC的氧指數(shù)降低。對于不同的增塑劑，下降的快慢程度基本一致。并且含磷酸三甲苯酯的PVC具有最高的氧指數(shù)，它比含有鄰苯二甲酸二辛酯的PVC的氧指數(shù)約高5。對發(fā)煙量的研究顯示，含鄰苯二甲酸二辛酯和磷酸三甲苯酯的PVC的發(fā)煙量隨著增塑劑的含量的增加而增加。但是含偏苯三酸三辛酯和聚酯系增塑劑的PVC具有相反的結果。

PVC電纜料阻燃劑用量對阻燃性能的影響

PVC電纜料中加入了Al（OH）₃，Sb₂O₃，硼酸鋅（ZB）等無機阻燃劑，它們的用量對PVC的阻燃性能影響很大，國內(nèi)外學者對此作了很多相關的研究。有學者 研究了Sb2O3及Sb2O3/ ZB復配阻燃劑添加量對PVC氧指數(shù)的影響。他們發(fā)現(xiàn)隨著Sb2O3的增加，PVC電纜料的極限氧指數(shù)呈直線上升趨勢，在納米Sb2O3的添加量大于1.5份時，納米Sb2O3對PVC的氧指數(shù)貢獻大于微米級Sb2O3。他們還研究了PVC在Sb2O3與ZB的質(zhì)量比不同的時候的氧指數(shù)，發(fā)現(xiàn)隨著質(zhì)量比的增加，氧指數(shù)下降。這就是說，加入Sb2O3越多，PVC的阻燃性能越高，但是由于Sb2O3價格比較昂貴，所以一般加入Sb2O3的量不是很高，只要能保證一定的阻燃性即可。并且加入的ZB可以用作消煙劑，將ZB與Sb2O3復合使用將使得PVC電纜料在具有合適的氧指數(shù)的同時還具有低的生煙量。

PVC電纜料填充劑用量對阻燃性能的影響

在PVC電纜料中，通常需要加入一定量的填充劑。如果我們加入滑石和陶土作為填充劑時氧指數(shù)提高1到2倍，但是電纜料的燃燒速度也會加倍，最大減光系數(shù)不變。如果加入Al（OH）3作為填充劑，燃燒速度增加50%，氧指數(shù)增加，最大減光系數(shù)下降，所以它對發(fā)煙量抑制的效果較好。在PVC中也通常加入Ca CO3填充劑，科學家們研究發(fā)現(xiàn) ，隨著Ca CO3加入量的增加，PVC電纜料的氧指數(shù)下降，且最大減光系數(shù)也下降，所以加入Ca CO3的量不能太多，否則會影響到電纜料的阻燃抑煙效果。但是Ca CO3可以作為HCl氣體的捕獲劑，具有非常顯著的效果。

據(jù)資料介紹，歐盟在審理的法規(guī)草案可能對下列物品進行限制，以確保電線電纜能符合環(huán)保要求。石棉、多氯聯(lián)苯、多溴聯(lián)苯、短鏈（C10～C13）氯化石蠟，這些要求應引起環(huán)保PVC電纜料和電線電纜生產(chǎn)企業(yè)的注意，在材料的配方與線纜的結構中將上述幾類物品剔除。

PVC電纜料可分為：

聚氯乙烯絕緣電纜料

聚氯乙烯護套電纜料

阻燃聚氯乙烯絕緣電纜料

阻燃聚氯乙烯護套電纜料

聚氯乙烯彈性體電纜料

聚氯乙烯戶外架空絕緣電纜